本技術(shù)涉及電磁傳感，特別是涉及一種電磁線圈感應(yīng)信號調(diào)理裝置和方法。

背景技術(shù)：

1、在高品質(zhì)連鑄鋼坯澆鑄過程中，鋼水結(jié)晶器的液位高度是相當(dāng)重要的一個控制指標(biāo)，液位波動過大不僅會嚴(yán)重影響鋼坯質(zhì)量，使其質(zhì)量降級，還可能造成被迫停機(jī)，甚至是漏鋼的安全事故，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和人員危險。因此需要采用電磁傳感器來檢測液位高度。傳統(tǒng)的電磁傳感器(cn118310602a)中，控制模塊包括與人機(jī)交互模塊連接的第一端口、與激勵信號調(diào)整模塊連接的第二端口和與感應(yīng)信號調(diào)理模塊連接的第三端口，通過人機(jī)交互模塊輸入的參數(shù)調(diào)整指令，來對第二端口輸出的參數(shù)值和第三端口輸出的參數(shù)值進(jìn)行調(diào)整，以此實(shí)現(xiàn)對激勵信號的頻率和幅值，以及感應(yīng)信息在調(diào)理過程中所需的參數(shù)進(jìn)行靈活調(diào)整。然而，這種電磁傳感器的電磁線圈感應(yīng)信號處理過程的總放大增益是開環(huán)的，各個信號處理環(huán)節(jié)累計(jì)的增益誤差會隨工作環(huán)境溫度變化而不受控不定方向地漂移，這導(dǎo)致了測量結(jié)果會產(chǎn)生隨時間環(huán)境變化而不定方向地漂移的測量誤差，存在測量可靠性低的缺點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、基于此，有必要針對上述問題，提供一種可提高測量可靠性的電磁線圈感應(yīng)信號調(diào)理裝置和方法。

2、本技術(shù)第一方面提供一種電磁線圈感應(yīng)信號調(diào)理裝置，包括控制模塊、信號處理模塊、第一檢測模塊、第二檢測模塊和壓控可調(diào)選頻濾波器，所述信號處理模塊連接電磁線圈、所述第一檢測模塊和所述壓控可調(diào)選頻濾波器，所述壓控可調(diào)選頻濾波器連接所述第二檢測模塊，所述控制模塊連接所述第一檢測模塊、所述第二檢測模塊和所述壓控可調(diào)選頻濾波器；

3、所述信號處理模塊對所述電磁線圈輸出的感應(yīng)信號進(jìn)行放大濾波處理，輸出交流感應(yīng)信號至所述第一檢測模塊和所述壓控可調(diào)選頻濾波器，所述第一檢測模塊根據(jù)所述交流感應(yīng)信號輸出與交流幅值比例對應(yīng)的第一檢測信號至所述控制模塊；所述壓控可調(diào)選頻濾波器根據(jù)所述控制模塊輸出的控制電壓確定中心頻率，基于所述中心頻率對所述交流感應(yīng)信號進(jìn)行濾波，輸出調(diào)制后的交流信號至所述第二檢測模塊，所述第二檢測模塊根據(jù)所述調(diào)制后的交流信號輸出與交流幅值比例對應(yīng)的第二檢測信號至所述控制模塊；所述控制模塊根據(jù)所述第一檢測信號和所述第二檢測信號計(jì)算得到實(shí)際信號增益，基于所述實(shí)際信號增益和預(yù)設(shè)的目標(biāo)增益進(jìn)行pid控制，調(diào)節(jié)輸出至所述壓控可調(diào)選頻濾波器的控制電壓，以使實(shí)際信號增益與目標(biāo)增益匹配。

4、在其中一個實(shí)施例中，所述信號處理模塊包括儀表放大器和帶通濾波器，所述儀表放大器連接所述電磁線圈和所述帶通濾波器，所述帶通濾波器連接所述壓控可調(diào)選頻濾波器和所述第一檢測模塊；所述帶通濾波器為由運(yùn)算放大器組成的二階mfb低通濾波器，串聯(lián)由運(yùn)算放大器組成的二階sk高通濾波器組成。

5、在其中一個實(shí)施例中，所述第一檢測模塊包括第一檢波電路和第一低通濾波電路，所述第一檢波電路連接所述信號處理模塊和所述第一低通濾波電路，所述第一低通濾波電路連接所述控制模塊；所述第二檢測模塊包括第二檢波電路和第二低通濾波電路，所述第二檢波電路連接所述壓控可調(diào)選頻濾波器和所述第二低通濾波電路，所述第二低通濾波電路連接所述控制模塊。

6、在其中一個實(shí)施例中，所述第一檢波電路為運(yùn)算放大器組成的全波整流電路，或者為運(yùn)算放大器與控制器組成的開關(guān)相敏檢波電路；所述第二檢波電路為運(yùn)算放大器組成的全波整流電路，或者為運(yùn)算放大器與控制器組成的開關(guān)相敏檢波電路。

7、在其中一個實(shí)施例中，電磁線圈感應(yīng)信號調(diào)理裝置還包括第一運(yùn)算放大電路和第二運(yùn)算放大電路，所述信號處理模塊通過所述第一運(yùn)算放大電路連接所述壓控可調(diào)選頻濾波器，所述第二檢測模塊通過所述第二運(yùn)算放大電路連接所述控制模塊。

8、在其中一個實(shí)施例中，所述控制模塊根據(jù)所述實(shí)際信號增益和預(yù)設(shè)的目標(biāo)增益的差值，計(jì)算得到比例數(shù)值、積分?jǐn)?shù)值和微分?jǐn)?shù)值，并根據(jù)所述比例數(shù)值、積分?jǐn)?shù)值和微分?jǐn)?shù)值確定pid計(jì)算數(shù)值；所述控制模塊基于所述pid計(jì)算數(shù)值和預(yù)設(shè)的比例因子計(jì)算得到輸出至所述壓控可調(diào)選頻濾波器的控制電壓的電壓幅值。

9、在其中一個實(shí)施例中，所述壓控可調(diào)選頻濾波器的數(shù)量為兩個，且串聯(lián)后設(shè)置于所述信號處理模塊與所述第二檢測模塊之間；所述控制模塊包括控制器、第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器、第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器、第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器和第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器，所述控制器連接所述第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器、所述第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器、所述第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器和所述第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器，所述第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接所述第一檢測模塊，所述第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接所述第二檢測模塊，所述第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器和所述第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器分別連接對應(yīng)的壓控可調(diào)選頻濾波器。

10、在其中一個實(shí)施例中，所述壓控可調(diào)選頻濾波器包括選頻濾波器、非線性補(bǔ)償電路和反相低通濾波電路，所述選頻濾波器連接所述非線性補(bǔ)償電路，所述反相低通濾波電路連接所述非線性補(bǔ)償電路和所述控制模塊；

11、所述反相低通濾波電路對所述控制模塊發(fā)送的控制電壓進(jìn)行放大或衰減后，輸出與所述選頻濾波器中場效應(yīng)管的夾斷電壓參數(shù)相匹配的負(fù)電壓，所述非線性補(bǔ)償電路對所述負(fù)電壓進(jìn)行補(bǔ)償后輸送至所述選頻濾波器；所述選頻濾波器根據(jù)接收的負(fù)電壓利用內(nèi)部場效應(yīng)管調(diào)整中心頻率，根據(jù)調(diào)整的中心頻率對所述交流感應(yīng)信號進(jìn)行濾波，輸出調(diào)制后的交流信號。

12、在其中一個實(shí)施例中，所述選頻濾波器包括運(yùn)算放大器u1a、電阻r1、電阻r2、電阻r4、電阻r5、電阻r8、電容c1、電容c2和場效應(yīng)管q1，所述場效應(yīng)管q1的控制端和第一端連接所述非線性補(bǔ)償電路，所述場效應(yīng)管q1的第二端接地，所述電阻r8的第一端連接所述場效應(yīng)管q1的第一端和所述電阻r4的第一端，所述電阻r8的第二端接地，所述電阻r4的第二端連接所述電阻r1的第一端、所述電容c1的第一端和所述電容c2的第一端，所述電阻r1的第二端接入交流感應(yīng)信號，所述電容c1的第二端連接所述運(yùn)算放大器u1a的輸出端，所述電容c2的第二端連接所述運(yùn)算放大器u1a的反相輸入端，所述運(yùn)算放大器u1a的同相輸入端通過所述電阻r5接地，所述電阻r2的第一端連接所述運(yùn)算放大器u1a的反相輸入端，所述電阻r2的第二端連接所述運(yùn)算放大器u1a的輸出端，所述運(yùn)算放大器u1a的輸出端輸出調(diào)制后的交流信號。

13、在其中一個實(shí)施例中，所述非線性補(bǔ)償電路包括運(yùn)算放大器u1b、運(yùn)算放大器u1c、電阻r6、電阻r7、電阻r9、電阻r10和電容c3，所述運(yùn)算放大器u1b的同相輸入端通過所述電阻r7連接所述場效應(yīng)管q1的第一端，所述運(yùn)算放大器u1b的反相輸入端連接所述運(yùn)算放大器u1b的輸出端和所述電阻r6的第一端，所述電阻r6的第二端連接所述場效應(yīng)管q1的控制端和所述電阻r9的第一端，所述電阻r9的第二端連接所述運(yùn)算放大器u1c的輸出端和所述運(yùn)算放大器u1c的反相輸入端，所述運(yùn)算放大器u1c的同相輸入端連接所述電阻r10的第一端，并通過所述電容c3接地，所述電阻r10的第二端連接所述反相低通濾波電路。

14、在其中一個實(shí)施例中，所述反相低通濾波電路包括運(yùn)算放大器u1d、電阻r11、電阻r12、電阻r13和電容c4，所述運(yùn)算放大器u1d的同相輸入端通過所述電阻r13接地，所述運(yùn)算放大器u1d的反相輸入端通過所述電阻r12連接所述控制模塊，所述電阻r11和所述電容c4并聯(lián)后一端連接所述運(yùn)算放大器u1d的反相輸入端，另一端連接所述運(yùn)算放大器u1d的輸出端，所述運(yùn)算放大器u1d的輸出端連接所述電阻r10的第二端。

15、本技術(shù)第二方面提供一種電磁線圈感應(yīng)信號調(diào)理方法，包括：

16、信號處理模塊對電磁線圈輸出的感應(yīng)信號進(jìn)行放大濾波處理，輸出交流感應(yīng)信號至第一檢測模塊和壓控可調(diào)選頻濾波器；

17、所述第一檢測模塊根據(jù)所述交流感應(yīng)信號輸出與交流幅值比例對應(yīng)的第一檢測信號至控制模塊；

18、所述壓控可調(diào)選頻濾波器根據(jù)所述控制模塊輸出的控制電壓確定中心頻率，基于所述中心頻率對所述交流感應(yīng)信號進(jìn)行濾波，輸出調(diào)制后的交流信號至第二檢測模塊；

19、所述第二檢測模塊根據(jù)所述調(diào)制后的交流信號輸出與交流幅值比例對應(yīng)的第二檢測信號至所述控制模塊；

20、所述控制模塊根據(jù)所述第一檢測信號和所述第二檢測信號計(jì)算得到實(shí)際信號增益，基于所述實(shí)際信號增益和預(yù)設(shè)的目標(biāo)增益進(jìn)行pid控制，調(diào)節(jié)輸出至所述壓控可調(diào)選頻濾波器的控制電壓，以使實(shí)際信號增益與目標(biāo)增益匹配。

21、上述電磁線圈感應(yīng)信號調(diào)理裝置和方法，信號處理模塊對電磁線圈輸出的感應(yīng)信號進(jìn)行放大濾波處理，輸出交流感應(yīng)信號至第一檢測模塊和壓控可調(diào)選頻濾波器，第一檢測模塊根據(jù)交流感應(yīng)信號輸出與交流幅值比例對應(yīng)的第一檢測信號至控制模塊。壓控可調(diào)選頻濾波器根據(jù)控制模塊輸出的控制電壓確定中心頻率，基于中心頻率對交流感應(yīng)信號進(jìn)行濾波，輸出調(diào)制后的交流信號至第二檢測模塊，第二檢測模塊根據(jù)調(diào)制后的交流信號輸出與交流幅值比例對應(yīng)的第二檢測信號至控制模塊?？刂颇K根據(jù)第一檢測信號和第二檢測信號計(jì)算得到實(shí)際信號增益，基于實(shí)際信號增益和預(yù)設(shè)的目標(biāo)增益進(jìn)行pid控制，調(diào)節(jié)輸出至壓控可調(diào)選頻濾波器的控制電壓，以使實(shí)際信號增益與目標(biāo)增益匹配。將電磁線圈感應(yīng)信號處理過程的串聯(lián)放大增益變?yōu)殚]環(huán)控制增益，大大減小信號處理環(huán)節(jié)累計(jì)的增益誤差隨工作環(huán)境溫度變化而不受控不定方向的漂移誤差，減小測量誤差，提高了測量可靠性。